Файл: Методические указания к практическим занятиям для студентов направления подготовки.docx

5. 1   2   3   4   5   6   7   8   9

---

Расчет нормальных тангенциальных напряжений на неровном контуре выработки кругового очертания

Цель работы: определить распределение нормальных тангенциальных напряжений на неровном контуре выработки кругового очертания, расположенной в изотропном линейно-упругом массиве на глубине H от земной поверхности.

Исходные данные: построить эпюры распределения нормальных тангенциальных напряжений на неровном контуре выработки кругового очертания, расположенной в изотропном линейно-упругом массиве на глубине H от земной поверхности при коэффициентах бокового распора λ=1 и λ=λ₂.

Выполнить сопоставление эпюр распределения нормальных тангенциальных напряжений на ровном (при C=0) и неровном контурах выработки при λ=λ₂.

Расчетные положения:

Для расчета напряжений на неровном контуре выработки неровности статистически заменяются трохоидальными кривыми.



Рисунок 4 – Схема перехода от фактического неровного контура к модели неровного контура на основе трохоидальных кривых

Неровность контура статистически характеризуется количеством вершин и впадин m и коэффициентом амплитуды отклонения от нулевого контура в долях радиуса C:



где – текущий радиус выработки; – радиус нулевого контура выработки.

Расчеты следует выполнять с применением следующих формул:

а) при коэффициенте бокового распора λ≠1:



б) при λ=1:



где – коэффициент, характеризующий количество неровностей контура;

---

– количество неровностей контура выработки.

Последовательность выполнения расчетно-графической работы:

1. 
   Выполняется определение статистических параметров неровности контура для создания модели на основе трохоидальных кривых.
   
2. 
   Выполняется расчет нормальных тангенциальных напряжений на неровном контуре выработки кругового очертания с учетом шага угловой координаты не более 0,5⁰.
   

6. Расчет прочности и устойчивости обсадной трубы скважины

Цель работы: проверить расчетом прочность и устойчивость обсадной трубы скважины, пробуренной в жесткопластическом массиве горных пород.

Исходные данные: в породном массиве пробурена скважина диаметром d, обсаженная для обеспечения устойчивости стальной трубой с толщиной t. Скважина пересекает слой покрывающей толщи пород мощностью h₁ и входит в слой обводненных пород на глубину h₂. В слое обводненных пород содержатся воды с известным гидростатическим напором. Проверить расчетом прочность и устойчивость обсадной трубы с заданными параметрами. Выполнить подбор наиболее рациональной толщины обсадной трубы по условиям прочности и устойчивости.

Привести расчетную схему и эпюры распределения геостатического и гидростатического давлений на обсадную трубу скважины.

Расчетные положения:

В рамках данного расчетно-графического задания предполагается использование жесткопластической модели массива пород. Для этой модели коэффициент бокового распора следует определять следующим образом:



где – угол внутреннего трения.

Расчетная схема для определения расчетного давления на обсадную трубу скважины приведена на рисунке 5. На эту расчетную схему нанесены типовые эпюры распределения геостатического и гидростатического давления на обсадную трубу скважины.

Для определения величины геостатического давления на глубине h от земной поверхности следует использовать следующую формулу:



где и

---

– соответственно коэффициент бокового распора и угол внутреннего трения i-го слоя.


P_{гидрост.2к}=0

P_{гидрост.2п}

P_{геост.2п}

P_{геост.2к}

P_{геост.1п}

P_{геост.1к}=0

h

P


Рисунок 5 – Расчетная схема для определения давления на обсадную трубу скважины

Для определения величины гидростатического давления на глубине h от уровня грунтовых вод следует использовать следующую формулу:



где – удельный вес воды.

Расчетную нагрузку на обсадную трубу следует определять по следующей формуле:



где и – соответственно наибольшие значения гидростатического и геостатического давлений по трассе скважины.


2-2

P_расч
Стальные несущие конструкции следует проверять расчетом на прочность и устойчивость под действием расчетной нагрузки. Расчетная схема при выполнении расчетов на прочность и устойчивость приведена на рисунке 6.

---

2

2

1-1

1

1

P_расч

P_расч

P_расч


Рисунок 6 – Расчетная схема участка обсадной трубы для проверки расчетом на прочность и устойчивость

Проверку расчетом на прочность следует выполнять исходя из следующего условия:



где – радиус трубы по середине толщины стенки; – расчетное сопротивление материала трубы (стали).

Расчет минимально необходимой толщины стенки трубы по условию прочности следует выполнять по вышеприведенной формуле, выразив из нее и полагая, что .

Проверку расчетом на устойчивость следует выполнять исходя из следующего условия:



где – условная физическая жесткость материала трубы (стали); – модуль упругости стали; – коэффициент Пуассона стали; – момент инерции продольного сечения трубы.

Расчет минимально необходимой толщины стенки трубы по условию устойчивости следует выполнять по вышеприведенной формуле, выразив из нее и полагая, что .

В качестве минимально необходимой толщины стенки трубы следует принимать максимальную расчетную толщину стенки, полученную по условиям прочности и устойчивости.

---